专利名称：一种专用hcci发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及HCCI发动机，特别涉及一种专用HCCI发动机。
背景技术：
HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition)发动机的节能环保是共知 的。但有诸多因素影响HCCI燃烧方式的实现，如进气的压力、温度和进气量、燃料的 浓度、汽化潜热、自燃性质、空燃比和混合气的均勻性、残余废气系数和残余废气的反应特 性、压缩比、配气时刻、发动机转速、发动机的温度及热传导因素等。这些因素相互影响而又 随时多变，要稳定工况确保着火时刻的稳定性比较困难。为了实现HCCI的燃烧方式，采取了多种措施，如可变进气温度、可变废气再循环、 可变压缩比、可变配气正时、可变喷射定时及喷射量、可变燃烧特性等，但单一的采用这些 措施只能在一定工况范围内实现HCCI燃烧。汽油机靠火花塞点火控制燃烧时刻，柴油机靠喷油来控制着火时刻，而HCCI发动 机则没有直接控制着火时刻方法。现有的HCCI发动机尚存在着火时刻不易控制、冷启动困难、工作范围窄、大负荷 工作粗暴等问题。由于LPG (液化石油气)着火温度较高，在以LPG为燃料时，一般都采取点燃，而不 采用压燃的方式。
发明内容为了解决上述问题，本实用新型提供一种专用HCCI发动机。一种专用HCCI发动机它包括机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、冷 却系统、润滑系统、起动系统，其特征在于所述发动机还包括可燃混合气的形成装置、突变 装置和/或渐变装置；所述可燃混合气的形成装置与进气道相通，喷油器装设在进气道或燃烧室外的气 紅盖上；主管道的排气口(8)位置装设有喷油器(7)或可燃气体的进气口，喷射方向指向 进气口 0)，副管道内装设有风机(5)，副管道的进气口(6)和排气口(3)分别与主管 道的排气口⑶和进气口⑵相联通；所述突变装置的活塞由上、下两部分组成，通过击发装置或调节机构改变活塞的 高度；所述渐变装置装设有副气缸，其与燃烧室相通，副活塞受击发装置或调节机构的 驱动；所述渐变装置中，气缸盖与气缸体可以相对于曲轴箱移动或转动所述渐变装置中，曲轴或连杆大端支承在偏心器上，电机通过偏心器上的扇形齿轮带动偏心器转动；所述连杆由上、下两段组成，并加设操纵杆。专用HCCI发动机的主要优点是A、复杂程度和成本与常规的Si、CI相当；B、不采用双模式HCCI发动机为实现HCCI燃烧而采取的任何措施；C、对着火时刻的控制绝对的准确、稳定和可靠；D、全工况勻以HCCI方式工作；E、冷启动性能优于常规的Si、CI的冷启动性能；F、高负荷工作时的功率输出，胜过常规的SI、CI ；G、工作时，可燃混合气的燃烧只有一个放热率峰值，且放热率和放热量大；H、可以以汽油、柴油、乙醇、天然气等，或各种燃料的混合物为燃料；I、专用HCCI技术，二行程发动机和四行程发动机通用；J、均质混合气的形成质量好；
以下结合附图，对本实用新型进行详细说明。
图1所示是一种可燃混合气的形成装置的结构示意图；图2所示是第一方式的第一种专用HCCI发动机的结构示意图；图3所示是第一方式的第二种专用HCCI发动机的结构示意图；图4所示是第二方式的第一种专用HCCI发动机的结构示意图；图5所示是第二方式的第二种专用HCCI发动机的结构示意图；图6所示是第二方式的第三种专用HCCI发动机的结构示意图；图7所示是第二方式的第四种专用HCCI发动机的结构示意图；图8所示是第二方式的第五种专用HCCI发动机的结构示意图；图9所示是第二方式的第六种专用HCCI发动机的结构示意图；图10所示是第二方式的第七种专用HCCI发动机的结构示意图；图11所示是第二方式的第八种专用HCCI发动机的结构示意图；图12所示是第二方式的第九种专用HCCI发动机的结构示意图；图13所示是第二方式的第十种专用HCCI发动机的结构示意图；图14所示是第三方式的专用HCCI发动机的结构示意图；图15所示是装设有弹性的副气缸的专用HCCI发动机的结构示意图；图16所示是执行机构装设有弹簧的专用HCCI发动机的结构示意图；图17所示是机械开关的结构示意图；图18所示是电子开关的结构示意图；图19所示是调节机构的结构示意图；图20所示是调节机构的侧视图。图中，1.主管道，2.主管道的进气口，3.副管道的排气口，4.副管道，5.风机， 6.副管道的进气口，7.喷油器，8.主管道的排气口，9.进气阀，10.进气道，11.管道，12.储 气箱1或压缩空气，13.空气压缩机，14. E⑶(电控单元)，15.曲轴转角传感器，16.气缸，17.排气阀，18.储气箱2或压缩空气，19.气缸盖，20.活塞上部分，21.弹簧，22.活塞下 部分，23.锁钩，24.连杆，25.开关，26.副活塞，27.调节机构，28.气缸盖，29.可燃混合器 的形成装置，30.燃烧室，31.温度传感器，32.燃烧传感器，33.副气缸，34.液压式调节机 构，35.油泵，36.气缸盖和气缸体，37.转轴，38.曲轴箱，39.连杆，40.联接线，41.偏心器， 42.电机，43.曲轴，44.扇形齿轮，45.连杆大端与曲柄的联接处，46.操纵端，47、操纵杆， 48.击发装置，59.调节机构，50.电控总成，51.盖板，52.活塞，53.副连杆，54.执行机构， 55.涡轮，56.上护板，57.齿轮，58.下护板，59.螺母。
具体实施方式
参见图2、图3和图4所示。本实用新型所述的专用HCCI发动机，可燃混合气的形成装置09)可以将气体燃 料和/或液体燃料与空气混合，形成可燃混合气，它可与进气道(10)相通；或喷油器(7) 装设在进气道(10)上，将燃料在进气道(10)与空气混合形成可燃混合气，然后吸入气缸 (16)；或喷油器(7)装设在燃烧室(30)外的气缸盖(19)上，将燃油喷入汽缸(16)，在气缸 (16)内与空气混合形成可燃混合气，即完成缸(16)内前期喷射、或缸(16)内后期喷射，或 进气过程中向缸(16)内喷射。为了提高可燃混合气的形成质量，如图1所示，本实用新型可燃混合气的形成装 置包括主管道(1)、主管道的进气口 O)、主管道的排气口(8)、副管道G)、副管道的进气口 (6)、副管道的排气口(3)、喷油器(7)或气体燃料进气口、风机(5)。主管道的排气口(8)位置装设有喷油器(7)或可燃气体的进气口，喷射方向指向 进气口 0)，副管道内装设有风机(5)，副管道的进气口(6)和排气口(3)分别与主管 道的排气口⑶和进气口⑵相联通。此装置中，副管道内装设的风机(5)，增强了通道中逆流气体的流动，加上发 动机逆着燃料喷射的方向进气，使燃料与空气的混合更加充分，提高了可燃混合气的形成质量。本实用新型所述的专用HCCI发动机，其压缩比是动态变化的。为实现压缩比的动 态变化，有三种方式。第一种方式在配气机构或ECU的控制下，从进气开始至着火时刻前，击发装置使气缸内处于 低压缩比状态(气缸内的温度和压力达不到可燃混合气的燃烧条件)；到着火时刻，再使气 缸内瞬间达到高压缩比状态(气缸内的温度和压力达到了可燃混合气的燃烧条件)，(以下 此方式称为突变方式)。受击发装置的作用，气缸内的压缩比可由小压缩比状态瞬间转换为 大压缩比状态。本实用新型介绍两种以突变方式工作的专用HCCI发动机。图2所示(以空气压缩机与发动机同曲轴为例)由空气压缩机(13)、管道(11)、 压缩空气(12)、储气箱1(12)、储气箱2(18)、进气阀(9)、排气阀(17)、曲轴转角传感器 (15)和ECU(14)组成击发装置。发动机上装设有曲轴转角传感器(1 和ECU (14)，气缸(16)外设置有空气压缩 机(13)，空气压缩机(13)的排气口至进气阀(9)间的管道(11)构成储气箱1(12)，进气阀 (9)至气缸盖间的排气管构成储气箱2 (18)，储气箱2 (18)通过排气阀(17)与气缸(16)内的空间相通；工作时，空气压缩机(13)排出的压缩空气(12)先进入储气箱1(12)，根据曲轴转 角传感器(1 提供的信号，在ECU(14)的控制下，从进气至着火时刻前的某段时间，进气阀 (9)开启，压缩空气从储气箱1(1 进入储气箱2(18)，进气阀(9)随后关闭，在着火时刻排 气阀(17)开启，储气箱2(18)内的压缩空气迅速进入气缸(16)，其内压力和温度瞬间升高 而使可燃混合气被压燃，排气结束，排气阀(17)关闭进入下一工作循环。图3所示发动机上装设有曲轴转角传感器(15)和E⑶(14)，活塞由上(20)、下 (22)两部分组合而成，上(20)、下0 部分之间装设有弹簧(21)，上部分00)装设的锁 钩03)可以让下部分02)装设的开关05)锁住，开关05)的联接线从连杆04)、曲轴通 过电刷与ECU(14)相联接。由上述的曲轴转角传感器(15)、ECU(14)、活塞总成(活塞的上
(20)、下02)两部分、锁钩(23)、弹簧(21)、开关05)和联接线)共同构成击发装置工作 时，从进气开始至着火时刻前期间，开关0 锁住锁钩(23)，使活塞的上(20)、下02)两 部分不能分离，至着火时刻，ECU(14)通知开关05)将锁钩03)开启，在弹簧和活塞 下部分02)的作用下，活塞上部分OO)迅速上行，使气缸(16)内的压力和温度瞬间升高 而将可燃混合气压燃，可燃混合气被压燃后，在其压力和活塞下部分0 的作用下，弹簧
(21)被压缩，锁钩被开关0 锁住，活塞的上(20)、下0 两部分结合到一起，此时 即将进入到排气行程。第二种方式在E⑶的控制下，调节机构驱动相应的执行机构使压缩比随气缸内温度的变化而 改变，即气缸内温度低时，使气缸内压缩比大，气缸内温度高时，使气缸内压缩比小，通过动 态改变压缩比的方式使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃(以下此方式称为渐变 方式)。受调节机构的作用，气缸内的压缩比总是连续的改变。发动机启动时，温度传感器对气缸内的温度进行检测，将信号传递给ECU，由ECU 对采集信号进行处理计算后，去控制调节机构对相应执行机构(如活塞、副活塞和曲轴等) 进行调节，以达到应有的压缩比，使可燃混合气总在所需的上止点附近被压。发动机启动后，则有曲轴转角传感器和燃烧传感器(用以检测着火时刻的传感 器)将检测信号传递给ECU，由ECU控制调节机构来调节压缩比。本实用新型介绍10种以渐变方式工作的专用HCCI发动机，参见图4 13所示。图4所示气缸盖08)上装设有副气缸(33)与燃烧室(30)相通(也可以通过 管道使副气缸与燃烧室相通，下同)，副气缸(33)内的副活塞06)的上、下行受调节机构 (27)的驱动，发动机的相应部位装设有燃烧传感器(32)、温度传感器(31)、曲轴转角传感 器(15)和E⑶(14)，采集的信号送入E⑶(14)进行处理后，去控制调节机构、2Τ)通过改 变副气缸(3 的容积，变相的改变压缩比，最终使可燃混合气总在所需的上止点附近被压 燃。图5所示中副活塞06)由液压式调节机构(34)进行驱动，副活塞06)的上、下 行可通过ECU (14)对油泵(3 的控制来实现。图6所示发动机分上、下两部分，上部分的气缸盖和气缸体(36)(两者为一体 或固定关系)通过调节机构(27)与下部分的曲轴箱(38)联接，发动机的相应部位装设有 燃烧传感器(32)、温度传感器(31)、曲轴转角传感器(1 和ECU (14)，其采集的信号送入E⑶(14)进行处理后，去控制调节机构(Xl)通过改变上(36)、下(38)两部分的距离来改变 压缩比，最终使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃。图7所示与图6所示的不同是，上部分的气缸盖和气缸体(36)的两侧分别通过转 轴(37)和调节机构(XT)与下部分的曲轴箱(38)联接，ECU (14)去控制调节机构(JT)通 过使上部分(36)相对于下部分(38)转过一个角度来改变压缩比，最终使可燃混合气总在 所需的上止点附近被压燃。图8所示活塞由上(20)、下0 两部分组合而成，上(20)、下部分0 之间装 设有调节机构(27)，其联接线00)从连杆(39)、曲轴通过电刷与ECU(14)相联接，发动机 的相应部位装设有燃烧传感器(32)、温度传感器(31)和曲轴转角传感器(15)，其采集的信 号送入ECU(14)进行处理后，去控制调节机构(XT)通过改变活塞的高度来改变压缩比，最 终使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃。图9所示曲轴(43)支承在偏心器(41)上，偏心器(41)、电机(42)和偏心器上的 扇形齿轮G4)构成调节机构，发动机的相应部位装设有燃烧传感器(32)、温度传感器(31) 和曲轴转角传感器(15)，其采集的信号送入ECU(14)进行处理后，去控制调节机构带动偏 心器Gl)转动，曲轴^幻就会相对于气缸盖的位置发生改变，因而可以连续地调节压缩 比，最终使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃。图10所示与图9所示的不同是，由电机、偏心器和偏心器上的扇形齿轮共同构成 调节机构移到了连杆大端与曲柄的联接处。图11 13所示连杆(39)由上、下两段组成，装设的操纵杆07)两端分别与连 杆(39)和调节机构(XT)相联接，发动机的相应部位装设有燃烧传感器(32)、温度传感器 (31)和曲轴转角传感器(15)，其采集的信号送入ECU (14)进行处理后，去控制调节机构通 过移动操纵杆G7)的操纵端06)来动态的改变压缩比，最终使可燃混合气总在所需的上 止点附近被压燃。图11、图12和图13所示中，E⑶(14)去控制调节机构(Jt)，使操纵杆07)的操 纵端G6)分别上移、下移和左移，活塞的上止点和下止点同步下移，压缩比减小，反之，压 缩比增大。第三种方式图14所示的专用HCCI发动机，两种执行机构同时存在，即虚线(50)所示的电控 总成(由燃烧传感器、温度传感器、曲轴转角传感器和ECU组成)可与虚线08)所示的击 发机构和虚线G9)所示的活塞分别组成击发装置和调节机构。击发装置08)的存在，可使着火时刻的精准度更高，调节机构G9)的存在，可使 气缸内压缩比的瞬间转换范围可以更小。此款专用HCCI发动机的工作方式，是突变方式和 渐变方式相结合的第三种工作方式。可燃混合气较浓时，专用HCCI发动机会工作粗暴，为此，如图15所示，装设有弹性 的副气缸(34)与燃烧室(31)相通，副活塞06)与盖板(52)间装设有弹簧01)。可燃混 合气被压燃后，气缸(16)内压力迅速增大，高压气体推动副活塞06)将弹簧压缩，变 相的增大了气缸(16)容积，减小了对活塞(5 的撞击，随着活塞(5 的下行，气缸(16) 内压力减小，弹簧推动副活塞06)将气体排入气缸(16)。在渐变方式的执行机构中装设弹簧，降低气缸内的最大压力，减小高压气体对活塞的冲击，以图16所示为例，在执行机构(54)装设有弹簧(21)，即副连杆(5 通过弹簧
(21)与副活塞06)相联接。可燃混合气被压燃前，气缸(16)内压力较小，弹簧形变 也较小，可燃混合气被压燃后，气缸(16)内压力增大若干倍，在压力作用下，副活塞06)将 弹簧压缩，形变较大，气缸(16)的容积变相增大，高压气体对活塞(5 的冲击减小， 活塞(52)下行，气缸(16)内压力减小，弹簧(21)推动副活塞(26)将气缸排入气缸(16)。装设副气缸与燃烧室相通，可将副气缸直接装设在气缸盖上，如图2、图4、图5、图 14、图15和图16所示，也可使副气缸(33)从气缸盖(19)的上面通过管道(11)与燃烧室 (31)相通，如图17所示，或者从气缸盖(19)的下面开设管道(11)，使副气缸(33)与燃烧 室(31)相通，如图18所示。图19和图20所示是图4所示中用以驱动副活塞Q6)和图16所示中用以驱动副 连杆的调节机构(XT)的放大图。也适用于图8和图14所示中的活塞上部分(20)、下部分
(22)之间装设的调节机构07)。图19所示副连杆(5 上具有螺纹，从具有螺母的齿轮(57)中心孔穿过；齿轮 (57)的上、下分别是上护板(56)，下护板(58)，两者对齿轮(57)有限位作用；齿轮(57)的 右侧是涡轮(55)和驱动涡轮(55)的电机(42)。图20所示驱动装置的俯视图齿轮(57)的中心孔具有与副连杆(5 螺纹相啮 合的螺母(59)，右侧是涡轮(55)和驱动涡轮(55)的电机(42) 0工作时，电机(52)受ECU的控制，带动着涡轮(55)，涡轮(55)驱动着齿轮(57)， 齿轮(57)中心孔的螺母(59)又啮合着副连杆(53)，副连杆(5 带动着相应的机件上下移动。
权利要求1.一种专用HCCI发动机，它包括机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、冷却 系统、润滑系统、起动系统，其特征在于所述发动机还包括可燃混合气的形成装置、突变装 置和/或渐变装置。
2.根据权利要求1所述的一种专用HCCI发动机，其特征在于所述可燃混合气的形成 装置与进气道相通，喷油器装设在进气道或燃烧室外的气缸盖上。
3.根据权利要求1所述的一种专用HCCI发动机，其特征在于主管道的排气口(8)位 置装设有喷油器⑵或可燃气体的进气口，喷射方向指向进气口 0)，副管道⑷内装设有 风机(5)，副管道的进气口(6)和排气口(3)分别与主管道的排气口(8)和进气口(2)相联ο
4.根据权利要求1所述的一种专用HCCI发动机，其特征在于所述突变装置的活塞由 上、下两部分组成，通过击发装置或调节机构改变活塞的高度。
5.根据权利要求1所述的一种专用HCCI发动机，其特征在于所述渐变装置装设有副 气缸，其与燃烧室相通，副活塞受击发装置或调节机构的驱动。
6.根据权利要求1所述的一种专用HCCI发动机，其特征在于所述渐变装置中，气缸 盖与气缸体可以相对于曲轴箱移动或转动。
7.根据权利要求1所述的一种专用HCCI发动机，其特征在于所述渐变装置中，曲轴 或连杆大端支承在偏心器上，电机通过偏心器上的扇形齿轮带动偏心器转动。
8.根据权利要求7所述的一种专用HCCI发动机，其特征在于所述连杆由上、下两段 组成，并加设操纵杆。
专利摘要一种专用HCCI发动机，它包括机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、冷却系统、润滑系统、起动系统等，其特征在于可燃混合气的形成装设与进气道相通，或喷油器装设在进气道或燃烧室外的气缸盖上；并装设有副气缸与燃烧室相通，副活塞受击发装置或调节机构的驱动，或气缸盖与气缸体可以相对于曲轴箱移动或转动，或曲轴或连杆大端支承在偏心器上，电机通过偏心器上的扇形齿轮带动偏心器转动，或活塞由上、下两部分组成，通过击发装置或调节机构改变活塞的高度，或连杆由上、下两段组成，并加设操纵杆，或突变装置和渐变装置同时存在。
文档编号F02M61/14GK201925010SQ201020563899
公开日2011年8月10日 申请日期2010年10月8日 优先权日2010年10月8日
发明者王洪泽 申请人:王洪泽